本發(fā)明涉及航空燃氣渦輪發(fā)動機領域，尤其是一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、為滿足偵察、監(jiān)視和作戰(zhàn)任務需求，飛機機載系統(tǒng)和武器系統(tǒng)對電力的需求急劇膨脹。對于渦扇發(fā)動機來說，傳統(tǒng)的單從高壓軸增大功率提取的方式已無法滿足飛機的電力需求：完全從高壓軸增大功率提取，將使發(fā)動機風扇和壓氣機穩(wěn)定裕度大大下降，極大地限制了飛機的使用范圍和性能；考慮完全從低壓軸提取功率會使發(fā)動機起飛推力降低。研究表明，從高低壓軸共同提取的策略能夠實現大功率提取的同時兼顧起飛推力和高低壓部件的穩(wěn)定性。

2、渦扇發(fā)動機內部主機部分包括風扇、高壓功率提取裝置、增壓壓氣機、中介機匣、高壓壓氣機、低壓軸、低壓渦輪、高壓渦輪、渦輪支撐和排氣錐等結構，風扇位于渦扇發(fā)動機頭部，排氣錐位于渦扇發(fā)動機尾部。

3、現有的渦扇發(fā)動機低壓功率提取裝置一般前置于風扇前，一方面，功率提取裝置需要占用較大的迎風面積，影響發(fā)動機進氣量，進而影響發(fā)動機推力；另一方面，為滿足低壓功率提取裝置的安裝、冷卻需求，需要額外設置進氣機匣穿行線纜和冷卻管道，大大增加發(fā)動機軸向尺寸和重量；此外，穿行線纜和冷卻管道的進氣支板厚度較大，對風扇葉片振動和氣動性能影響較大。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明通過以下技術方案得以實現。

3、本發(fā)明提供的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，包括設置在排氣錐內部的永磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機靜子部件固定在渦輪支承固定框架后壁板上，所述永磁同步發(fā)電機上輸出端設置有發(fā)電機軸伸，所述發(fā)電機軸伸上設置有用于使得低壓軸帶動永磁同步發(fā)電機轉子轉動的傳動部件。

4、優(yōu)選地，所述傳動部件包括傳動桿，所述傳動桿的一端設置有傳動桿外花鍵，所述低壓軸上設置有低壓軸內花鍵，所說傳動桿外花鍵和所述低壓軸內花鍵嚙合配合；所述傳動桿的另一端設置有傳動桿內花鍵，所述發(fā)電機軸伸上設置有發(fā)電機軸伸外花鍵，所述傳動桿內花鍵和所述發(fā)電機軸伸外花鍵嚙合配合。

5、優(yōu)選地，所述發(fā)電機軸伸的中部設置有安全截面。

6、優(yōu)選地，所述傳動桿穿過所述渦輪支承后框架，所述傳動桿的中部與渦輪支撐框架的中心孔壁間隙配合。

7、優(yōu)選地，所述傳動桿上設置有金屬密封圈，所述金屬密封圈的側面與傳動桿接觸配合，金屬密封圈的徑向與渦輪支承后框架的中心孔壁接觸配合。

8、優(yōu)選地，所述永磁同步發(fā)電機上連通設置有冷卻管，所述冷卻管連通設置有滑油循環(huán)系統(tǒng)。

9、優(yōu)選地，所述永磁同步發(fā)電機外殼內部上設置有循環(huán)油路，所述循環(huán)油路分別連通設置有滑油進油接口和滑油回油接口，所述滑油進油接口與所述冷卻管連通，滑油回油接口與滑油循環(huán)系統(tǒng)連通。

10、優(yōu)選地，所述永磁同步發(fā)電機外殼內壁設置有螺旋狀溝槽，所述循環(huán)油路環(huán)繞設置在螺旋狀溝槽中。

11、本發(fā)明另一方面還提供了一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取方法，包括以下步驟：

12、s1：低壓軸功率提取范圍通過與高壓軸功率提取量匹配設計；高壓轉子提取能力根據渦輪前溫度限制和高低壓部件的氣動穩(wěn)定性確定，通過綜合考慮對發(fā)動機性能和氣動穩(wěn)定性的影響以及發(fā)動機推力和耗油率的變化，來確認低壓軸的提取范圍。

13、s2：低壓軸功率提取前，發(fā)動機高低壓轉子完成起動后，先對高壓軸功率進行提取，為發(fā)動機和飛機設備提供部分電能，確保永磁同步發(fā)電機和滑油循環(huán)系統(tǒng)運行；

14、s3：啟動滑油循環(huán)系統(tǒng)，降低永磁同步發(fā)電機的表面溫度，保護永磁同步發(fā)電機中電樞等重要部件；

15、s4：當對低壓軸功率進行提取過程中，低壓軸轉動并使得低壓軸轉速達到永磁同步發(fā)電機的發(fā)電轉速時，低壓軸帶動著發(fā)電機軸伸轉動，接入低壓軸負載，將低壓軸功率進行逐級加載到目標值，通過扭矩傳遞的方式，將機械能傳遞給永磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機再通過電磁感應原理將機械能轉化為電能，并使得永磁同步發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電。

16、本發(fā)明的有益效果在于：

17、1、通過傳動部件使得低壓軸帶動著永磁同步發(fā)電機軸伸轉動，將低壓軸負載通過扭矩傳遞的方式傳遞給永磁同步發(fā)電機，利用電磁感應原理將機械能轉化為電能，使得永磁同步發(fā)電機產生電能，為發(fā)動機提供功率，發(fā)動機功率提取能力大幅度提高，為飛機武器系統(tǒng)和機載系統(tǒng)提供充足的電力保障，進一步提升飛機的綜合性能。

18、2、將永磁同步發(fā)電機設置于排氣錐內部，對發(fā)動機推力、軸向尺寸、重量和轉子振動、氣動性能影響較小，也不影響發(fā)動機穩(wěn)定性和耗油率指標，且裝配性較好，易于后期的維護保障。

技術特征：

1.一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：包括設置在排氣錐(5)內部的永磁同步發(fā)電機(4)，所述永磁同步發(fā)電機(4)靜子部件固定在渦輪支承后框架(9)后壁板上；所述永磁同步發(fā)電機(4)輸出端設置有發(fā)電機軸伸(10)，所述發(fā)電機軸伸(10)上設置有使得低壓軸(2)帶動永磁同步發(fā)電機(4)轉子轉動的傳動部件。

2.如權利要求1所述的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：所述傳動部件包括傳動桿(11)，所述傳動桿(11)的一端設置有傳動桿外花鍵(8)，所述低壓軸(2)上設置有低壓軸內花鍵(7)，所說傳動桿外花鍵(8)和所述低壓軸內花鍵(7)嚙合配合；所述傳動桿(11)的另一端設置有傳動桿內花鍵(13)，所述發(fā)電機軸伸(10)上設置有發(fā)電機軸伸外花鍵(14)，所述傳動桿內花鍵(13)和所述發(fā)電機軸伸外花鍵(14)嚙合配合。

3.如權利要求1所述的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)電機軸伸(10)的中部設置有安全截面。

4.如權利要求2所述的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：所述傳動桿(11)穿過所述渦輪支承后框架(9)，所述傳動桿(11)的中部與渦輪支承后框架(9)的中心孔壁間隙配合。

5.如權利要求2所述的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：所述傳動桿(11)上設置有金屬密封圈(12)，所述金屬密封圈(12)的側面與傳動桿(11)接觸配合，金屬密封圈(12)的徑向與渦輪支承后框架(9)的中心孔壁接觸配合。

6.如權利要求1所述的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：所述永磁同步發(fā)電機(4)上連通設置有冷卻管，所述冷卻管連通設置有滑油循環(huán)系統(tǒng)。

7.如權利要求6所述的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：所述永磁同步發(fā)電機(4)外殼的內部設置有循環(huán)油路，所述循環(huán)油路分別連通設置有滑油進油接口(17)和滑油回油接口(18)，所述滑油進油接口(17)與所述冷卻管連通，滑油回油接口(18)與滑油循環(huán)系統(tǒng)連通。

8.如權利要求7所述的一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)，其特征在于：所述永磁同步發(fā)電機(4)外殼內壁設置有螺旋狀溝槽，所述循環(huán)油路環(huán)繞設置在螺旋狀溝槽中。

9.一種采用如權利要求1-8任一一項所述的渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取的方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種渦扇發(fā)動機內置式低壓軸功率提取系統(tǒng)及方法，包括設置在發(fā)動機排氣錐內部并固定在渦輪支承固定框架后壁板上的永磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機上輸出端設置有發(fā)電機軸伸，所述發(fā)電機軸伸上設置有用于使得低壓軸帶動永磁同步發(fā)電機轉子轉動的傳動部件；傳動部件使得低壓軸帶動著永磁同步發(fā)電機傳動部轉動，通過扭矩傳遞的方式將機械能傳遞給永磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機利用電磁感應原理將機械能轉化為電能，使得永磁同步發(fā)電機產生電能，為發(fā)動機提供功率，發(fā)動機功率提取能力大幅度提高，為飛機武器系統(tǒng)和機載系統(tǒng)提供充足的電力保障，進一步提升飛機的綜合性能。

技術研發(fā)人員：丁振東,趙凱,常宏坤,劉鵬飛,宋瑞民
受保護的技術使用者：中國航發(fā)貴陽發(fā)動機設計研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5